CN105856194A - 一种髋部外骨骼承载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种髋部外骨骼承载装置，包括由上至下依次设置的背架、支撑台以及髋部，所述背架下端铰接于支撑台上端，所述髋部铰接于支撑台的下端，所述髋部两侧与支撑台之间对称设有弹簧一和弹簧二。本发明提供的髋部外骨骼承载装置，可有效提高负重状态下人机运动的协调性，整体自由度适当，结构可靠性高，实用价值大，值得在业内推广。

Description

一种髋部外骨骼承载装置

技术领域

本发明属于外骨骼机器人技术领域，具体涉及一种髋部外骨骼承载装置。

背景技术

在抢险救灾或人力运输中，人体需要携带越来越多的装备和物资，这样会影响人体的行进速度、行走距离和机动能力，因此，各国正在加速研制符合人体工程学的人体外骨骼携行助力装置，以帮助人体减少人体消耗、提高负责能力、耐力和人体机动能力。

目前外骨骼可应用于负重助力和康复助力，我国关于人体外骨骼携行助力装置的研究起步较晚，现有负重外骨骼在髋部结构上的人体舒适性和结构的可靠性方面没能得到相互协调，结构设置的自由度冗余则会使得活动构件过多，从而结构容易被重物压坏，结构设置的自由度过少则会缺少结构的灵活性，从而降低人体穿戴的舒适性。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种结构可靠性高、人机协调性好的髋部外骨骼承载装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种髋部外骨骼承载装置，包括由上至下依次设置的背架、支撑台以及髋部，所述背架下端铰接于支撑台上端，所述髋部铰接于支撑台的下端，所述髋部两侧与支撑台之间对称设有弹簧一和弹簧二。

优选地，所述髋部包括相互铰接的右髋构件和左髋构件，以及分别与右髋构件和左髋构件的另一端铰接且结构相同的侧髋构件一和侧髋构件二，所述支撑台的下端在所述右髋构件和左髋构件之间的铰接点与右髋构件和左髋构件铰接。

优选地，所述侧髋构件一包括右侧构件和位于所述右侧构件下方的右下端构件，所述右侧构件一端铰接于所述右髋构件的端部，另一端与所述右下端构件转动连接；所述侧髋构件二包括分别与右侧构件和右下端构件结构相同的左侧构件和左下端构件，所述左侧构件一端铰接于所述左髋构件的端部，另一端与所述左下端构件转动连接，所述右下端构件和左下端构件用于与外骨骼其它部件相连接。

优选地，所述左下端构件包括一侧面呈倒L型的连接件，所述连接件的上端面设有转轴，所述连接件的侧面设有法兰盘，所述左侧构件与左下端构件的连接端处设有通孔，所述转轴穿设通孔中，并采用螺母固定，使左下端构件与左侧构件转动连接，所述法兰盘与外骨骼其它部件相连接，所述右侧构件、右下端构件分别与所述左侧构件、左下端构件结构相同。

优选地，所述右髋构件、左髋构件、右侧构件以及左侧构件的外侧均设有沟槽，所述沟槽用于穿过绑带进行捆绑固定。

优选地，所述右髋构件和左髋构件的连接端处，所述左髋构件为两侧凹陷中间凸起结构，所述右髋构件为两侧凸起中间凹陷结构，所述两侧凹陷中间凸起结构与所述两侧凸起中间凹陷结构的凸起端面和凹陷端面形状相同，所述凸起端面由一圆弧面以及以圆弧面相切的两个平面一构成，所述凹陷端面为平面二。

优选地，所述平面一与水平面夹角为60°。

优选地，所述支撑台包括上端板，以及位于所述上端板下表面两侧的两个形状相同的侧板，所述侧板的下端呈倒三角型且与右髋构件和左髋构件相互铰接，所述侧板与上端板之间设有加强筋，所述弹簧一两端分别连接于上端板下表面以及右髋构件，所述弹簧二的两端分别连接于上端板下表面以及左髋构件，所述弹簧一和弹簧二对称设置。

优选地，所述上端板和背架下端均设有连接片，所述连接片之间使用销轴连接。

本发明的有益效果是：本发明提供的髋部外骨骼承载装置，在背架与髋部之间设置支撑台，降低了负重载荷对髋部部件的直接冲击，且背架和支撑台支架铰接，可以实现人体弯曲运动，支撑台与髋部之间在铰接的同时，通过设置弹簧一和弹簧二对支撑台和髋部之间的相对运动进行平衡，有效提高了负重状态下人机运动的协调性。该装置自由度适当，结构可靠性高，实用价值大，值得在业内推广。

附图说明

图1是本发明髋部外骨骼承载装置示意图；

图2是本发明支撑台与支架结构示意图；

图3是本发明支撑台内部结构示意图；

图4是本发明左下端构件结构示意图。

附图标记说明：1、背架；2、支撑台；3、弹簧一、4、右髋构件；5、左髋构件；6、右侧构件；7、左侧构件；8、右下端构件；9、左下端构件；10、弹簧二；11、连接件；12、转轴、13、法兰盘；200、平面二；210、圆弧面；220；平面一。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

如图1所示，本发明的髋部外骨骼承载装置示意图，包括由上至下依次设置的背架1、支撑台2以及髋部，背架1下端铰接于支撑台2上端，髋部铰接于支撑台2的下端，髋部两侧与支撑台2之间对称设有弹簧一3和弹簧二10。

髋部包括右髋构件4、左髋构件5、侧髋构件一、侧髋构件二。侧髋构件一包括右侧构件6和右下端构件8，侧髋构件二包括左侧构件7和左下端构件9。右侧构件6与左侧构件7结构完全相同，右下端构件8与左下端构件9结构完全相同，且相互之间连接方式也完全相同。右髋构件4和左髋构件5的一端通过销轴连接，可在竖直平面内相互转动。进一步的，支撑台、右髋构件和左髋构件在用同一销轴连接。右侧构件6的一端与右髋构件4的另一端通过销轴连接，可在水平面内相互转动，实现人体右髋的收展运动。左侧构件7的一端与左髋构件5的另一端通过销轴连接，可在水平面内相互转动，实现人体左髋的收展运动。右髋构件4、左髋构件5、右侧构件6与左侧构件7整体构成一水平放置的U型结构。左髋构件5和左侧构件7之间、右髋构件4和右侧构件6的之间的连接端均采用圆弧形结构衔接过渡，以适应人体腰部的弧形，使得杆件更能贴合人体髋部的形状。右下端构件8位于右侧构件6下方，与右侧构件6的另一端转动连接。左下端构件9位于左侧构件7下方，与左侧构件7的另一端转动连接。右髋构件4、左髋构件5、右侧构件6以及左侧构件7的外侧均设有沟槽，沟槽用于穿过绑带进行捆绑固定。显然，髋部也可采用其他结构，但本实施例中的髋部结构，自由度合适，人机协调性更好。

如图2-3所示，本发明支撑台与支架结构示意图以及支撑台内部结构示意图。支撑台上端面以及位于上端板下表面两侧的两个形状相同的侧板。上端面为矩形，侧板的下端呈倒三角型。侧板的下端与右髋构件和左髋构件通过同一销轴连接。侧板与上端板之间，位于上端板下表面两侧边设有两个加强筋，用于提高支撑台的负重能力，提高整体装置的可靠性。加强筋的数量和位置均不限于此。弹簧一3一端连接于上端板下表面，另一端与右髋构件4挂钩连接。弹簧二10的一端连接于上端板下表，另一端与左髋构件5挂钩连接，弹簧一3和弹簧二10对称设置。当支撑台2与髋部之间有相对倾斜时，通过弹簧一3和弹簧二10的拉扯作用可减小支撑台2与右髋构件4、左髋构件5之间相对位置变化幅度，起到平衡作用。显然，弹簧的数量可不限于上述两个，可以根据实际需求增多或减少。值得说明的是，支撑台2不限于上述结构，其主要用于背架与髋部之间的过度，对负载进行缓冲作用。支撑台2的上端板和背架1下端均设有连接片，连接片之间使用销轴连接，使背架和支撑台之间可以相互转动，实现人体背部弯曲运动。背架1用于载负重物，其形状结构没有任何限制。背架上可设置沟槽，背部绑带可以穿过沟槽进行捆绑固定，重物可以悬挂在背架的沟槽上。

进一步的，如图3所示，右髋构件4和左髋构件5的连接端处，左髋构件4为两侧凹陷中间凸起结构，右髋构件5为两侧凸起中间凹陷结构。两侧凹陷中间凸起结构与两侧凸起中间凹陷结构构成一限位机构，且其凸起端面和凹陷端面形状相同。凸起端面由一圆弧面210以及以圆弧面相切的两个平面一220构成，凹陷端面为平面二200。平面一与水平面夹角为60°，夹角角度可根据实际需求调整。平面一200可在圆弧面210上滚动，限制于与圆弧面210相切的平面二220，可以减小右髋构件4与左髋构件5相对位置的变化幅度，从而限制髋部的大幅度摆动。

如图4所示，本发明左下端构件结构示意图。左下端构件9与右下端构件8结构相同，现在以左下端构件为例，对本实施例中的下端构件进行详细说明。右下端构件9包括连接件11、转轴12以及法兰盘13。连接件为侧面呈倒L型结构。转轴12设置于连接件的上端面，法兰盘设置于连接件的侧面，转轴12顶端设有螺纹。左侧构件7与左下端构件9的连接端处设有通孔，转轴12穿设通孔中，并采用螺母固定，使左下端构件9与左侧构件7转动连接，实现人体髋部的旋转运动。法兰盘13与外骨骼驱动系统固定连接，可实现人体髋部的屈伸运动。

整体而言，本发明提供的髋部外骨骼承载装置，在背架与髋部之间设置支撑台，降低了负重载荷对髋部部件的直接冲击，且背架和支撑台支架铰接，可以实现人体弯曲运动，支撑台与髋部之间在铰接的同时，通过设置弹簧一和弹簧二对支撑台和髋部之间的相对运动进行平衡，有效提高了负责状态下人机运动的协调性。进一步的，左髋构件和右髋构件之间设置限位结构，使髋部结构更具灵活性的同时，避免摆幅过大，提高外骨骼稳定性和安全性。此外，左/右髋构件与左/右侧构件铰接，可实现人体髋部的收展运动，左/右下侧构件与左/右侧构件转动连接，可实现人体髋部的旋转运动，下端法兰盘可实现人体髋部的屈伸运动，均进一步提高了人机之间的协调性。该装置整体自由度适当，结构可靠性高，适用性好，实用价值大，值得在业内推广。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种髋部外骨骼承载装置，其特征在于：包括由上至下依次设置的背架(1)、支撑台(2)以及髋部，所述背架(1)下端铰接于支撑台(2)上端，所述髋部铰接于支撑台(2)的下端，所述髋部两侧与支撑台(2)之间对称设有弹簧一(3)和弹簧二(10)。

2.根据权利要求1所述的髋部外骨骼承载装置，其特征在于：所述髋部包括相互铰接的右髋构件(4)和左髋构件(5)，以及分别与右髋构件(4)和左髋构件(5)的另一端铰接且结构相同的侧髋构件一和侧髋构件二，所述支撑台(2)的下端在所述右髋构件(4)和左髋构件(5)之间的铰接点与右髋构件(4)和左髋构件(5)铰接。

3.根据权利要求2所述的髋部外骨骼承载装置，其特征在于：所述侧髋构件一包括右侧构件(6)和位于所述右侧构件(6)下方的右下端构件(8)，所述右侧构件(6)一端铰接于所述右髋构件(4)的端部，另一端与所述右下端构件(8)转动连接；所述侧髋构件二包括分别与右侧构件(6)和右下端构件(8)结构相同的左侧构件(7)和左下端构件(9)，所述左侧构件(7)一端铰接于所述左髋构件(5)的端部，另一端与所述左下端构件(9)转动连接，所述右下端构件(8)和左下端构件(9)用于与外骨骼其它部件相连接。

4.根据权利要求3所述的髋部外骨骼承载装置，其特征在于：所述左下端构件(9)包括一侧面呈倒L型的连接件(11)，所述连接件(11)的上端面设有转轴(12)，所述连接件(11)的侧面设有法兰盘(13)，所述左侧构件(7)与左下端构件(9)的连接端处设有通孔，所述转轴(12)穿设通孔中，并采用螺母固定，使左下端构件(9)与左侧构件(7)转动连接，所述法兰盘(13)与外骨骼其它部件相连接，所述右侧构件(6)、右下端构件(8)分别与所述左侧构件(7)、左下端构件(9)结构相同。

5.根据权利要求3所述的髋部外骨骼承载装置，其特征在于：所述右髋构件(4)、左髋构件(5)、右侧构件(6)以及左侧构件(7)的外侧均设有沟槽，所述沟槽用于穿过绑带进行捆绑固定。

6.根据权利要求2-5任一所述的髋部外骨骼承载装置，其特征在于：所述右髋构件(4)和左髋构件(5)的连接端处，所述左髋构件(5)为两侧凹陷中间凸起结构，所述右髋构件(4)为两侧凸起中间凹陷结构，所述两侧凹陷中间凸起结构与所述两侧凸起中间凹陷结构的凸起端面和凹陷端面形状相同，所述凸起端面由一圆弧面(210)以及以圆弧面(210)相切的两个平面一(220)构成，所述凹陷端面为平面二(200)。

7.根据权利要求6所述的髋部外骨骼承载装置，其特征在于：所述平面一(220)与水平面夹角为60°。

8.根据权利要求2-5任一所述的髋部外骨骼承载装置，其特征在于：所述支撑台(2)包括矩形上端板，以及位于所述上端板下表面两侧的两个形状相同的侧板，所述侧板的下端呈倒三角型且与右髋构件(4)和左髋构件(5)相互铰接，所述侧板与上端板之间设有加强筋，所述弹簧一(3)两端分别连接于上端板下表面以及右髋构件(4)，所述弹簧二(10)的两端分别连接于上端板下表面以及左髋构件(5)，所述弹簧一(3)和弹簧二(10)对称设置。

9.根据权利要求8所述的髋部外骨骼承载装置，其特征在于：所述上端板和背架(1)下端均设有连接片，所述连接片之间使用销轴连接。